CN113362469B - 综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法 - Google Patents

综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113362469B
CN113362469B CN202110907450.9A CN202110907450A CN113362469B CN 113362469 B CN113362469 B CN 113362469B CN 202110907450 A CN202110907450 A CN 202110907450A CN 113362469 B CN113362469 B CN 113362469B
Authority
CN
China
Prior art keywords
model
stratum
shield tunnel
early warning
rock
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110907450.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113362469A (zh
Inventor
黄伟
刘振兴
蒋超
王子建
阳军生
李大成
蔡光伟
张洪昌
黄靓钰
孙昕葳
邹小双
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Changsha Rail Transit Line 3 Construction Development Co ltd
Central South University
Original Assignee
Changsha Rail Transit Line 3 Construction Development Co ltd
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Changsha Rail Transit Line 3 Construction Development Co ltd, Central South University filed Critical Changsha Rail Transit Line 3 Construction Development Co ltd
Priority to CN202110907450.9A priority Critical patent/CN113362469B/zh
Publication of CN113362469A publication Critical patent/CN113362469A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113362469B publication Critical patent/CN113362469B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T17/00—Three dimensional [3D] modelling, e.g. data description of 3D objects
    • G06T17/20—Finite element generation, e.g. wire-frame surface description, tesselation
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/003—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C11/00—Photogrammetry or videogrammetry, e.g. stereogrammetry; Photographic surveying
    • G01C11/04—Interpretation of pictures
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/13—Architectural design, e.g. computer-aided architectural design [CAAD] related to design of buildings, bridges, landscapes, production plants or roads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/06—Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling
    • G06Q10/063—Operations research, analysis or management
    • G06Q10/0639—Performance analysis of employees; Performance analysis of enterprise or organisation operations
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/08—Construction
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T5/00—Image enhancement or restoration
    • G06T5/50—Image enhancement or restoration using two or more images, e.g. averaging or subtraction
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06T—IMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T2207/00—Indexing scheme for image analysis or image enhancement
    • G06T2207/20—Special algorithmic details
    • G06T2207/20212—Image combination
    • G06T2207/20221—Image fusion; Image merging
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Educational Administration (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mining & Mineral Resources (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Computer Graphics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)

Abstract

本发明提供了综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法：采集地表图像数据，生成点云模型；采集现场的钻孔数据导入建模软件，形成第二控制点；生成不同岩层实体，形成岩层轮廓模型；突出重点岩层；采集盾构隧道轮廓标准断面与隧道中线坐标，生成隧道实体；建立地质模型横剖面，观察隧道与重点岩层、地面建筑相对位置关系；在盾构隧道穿越重点岩层及地面高层建筑下方时预警，根据监控量测数据观察地表沉降、建筑物沉降、管片沉降数值，制定多指标分级预警方案保证施工安全。本发明观察盾构隧道里程断面与危险岩层及高层建筑相对位置关系，制定分级预警方案，结合各断面实际监控量测情况与精细化的地质模型，制定相应施工控制措施。

Description

综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法
技术领域
本发明涉及地质建模领域，具体涉及综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法。
背景技术
随着工程信息化水平的提高、计算机可视化技术的发展和三维地质建模技术的成熟，三维地质建模已被广泛应用于能源、矿山、城市地下空间和交通隧道等领域，三维地质体建模精细化已成为现阶段建模技术日渐重视的硏究方向之一。无人机倾斜摄影测量的实景三维模型建立技术是通过在飞行平台（如固定翼或旋翼无人机）上携带多台传感器（一般用五镜头相机）采集图像信息进行数据处理建模。
现有技术：中国发明专利公开说明书CN111832106A，公开日20201027，公开了一种利用无人机倾斜摄影技术定位到盾构井始发位置的方法，其包括：根据设计图纸初步圈定盾构井始发位置所在范围，作为无人机飞行范围的正投影范围；在飞行范围内同一高度下设定多个飞行点；利用无人机在飞行点对盾构井始发位置进行实景拍摄；将实景拍摄的影像导入到Smart 3D软件中；在Smart 3D软件中对所导入的影像进行空三运算，生成倾斜摄影模型；利用Autodesk Revit建模软件创建盾构井结构模型；将盾构井结构模型与倾斜摄影模型导入到3d Max软件中，进行融合，在倾斜摄影模型中定位盾构井结构模型。
但是现有技术中仅建立了精细化的地质模型，并未能将盾构隧道、地质模型和地表建筑物有机结合进行实时施工预警，同样未能根据预警制定相应施工安全控制措施。因此需要一种综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法。
发明内容
本发明提供了一种综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，能够将城市的地表模型、基于勘探数据的地层模型、盾构隧道模型结合，形成精细化的地质模型，通过实时观察地质模型不同里程断面中盾构隧道与危险地层及高层建筑相对位置关系，实时发出施工预警，及时制定相应施工安全控制措施。从而解决现有技术中的不足。
综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，包括如下步骤：
步骤1，利用无人机在目标区域采集其城市地表图像数据，然后再设定第一控制点；
步骤2，处理步骤1中得到的地表图像数据，将其图像处理生成点云模型，并导入所述第一控制点的坐标；
步骤3，采集所述现场的地质勘探的钻孔数据，然后将钻孔数据导入建模软件，形成相应的第二控制点；
步骤4，对第二控制点进行空间插值，建立不同岩层曲面模型；
步骤5，建立地质轮廓体，采用布尔运算对岩层曲面进行修剪，并利用岩层曲面分割地质轮廓体，生成不同岩层实体，形成岩层轮廓模型；
步骤6，采集整理盾构隧道标准轮廓断面及隧道中线坐标，将标准轮廓断面沿隧道中线拉伸，形成盾构隧道模型；
步骤7，探明对施工安全造成威胁的危险岩层，并将岩层轮廓模型中相应的危险岩层实体着色，以突出显示；
步骤8，将步骤2中地表的点云模型导入建模软件中，生成城市的地表曲面，采用布尔运算按照所述地质轮廓体对所述城市的地表曲面进行操作，得到城市的地表模型；
步骤9，调整所述地层轮廓模型和城市的地表模型的相对位置，并将上述两者与盾构隧道模型相结合，生成精细化的地质模型；
步骤10，对地表建筑物高度以及密集程度进行等级评定，结合盾构隧道模型穿越危险岩层区域划分重点控制区域，并着重对重点控制区域节选建模；
步骤11，生成地质模型横剖面，将横剖面沿隧道掘进方向移动，生成地质模型的不同里程断面模型；
步骤12，观察不同里程断面中的盾构隧道与危险岩层、地表高层建筑关系，当盾构即将穿越危险岩层及下穿高层建筑时，发出施工警示；
步骤13，建立多指标分级预警方案以及相应风险控制措施数据库，实时监测各里程断面监控量测信息，针对不同里程断面模型对应风险里程断面，密切监测各指标数据。
步骤14，将现场实测数据与数据库中各指标规定范围对比分析，调取相应施工风险控制方案，发出施工预警。同时结合现场实际工程条件与精细化的地质模型，优化相应防治措施。
无人机采集图像时，选定航飞区域并设定好航线规划。可以快速地得到目标区域的地表图像数据，方便快捷。
采用这样的方法，本发明将城市的地表模型与基于勘探钻孔数据的地层模型结合，形成精细化的地表地质模型，对实际地表地质情况进行精准还原；从而无须调集巨大人力物力来对实际地质情况进行勘探。节约了成本，提升了效率。并且将精细化的地表地质模型与盾构隧道模型结合，划定地表建筑物影响等级以及盾构穿越危险地层区域，形成精细化的地质模型，通过实时观察地质模型不同里程断面中盾构隧道与危险地层及高层建筑相对位置关系，实时发出施工警示。并且建立多指标分级预警方案以及相应风险控制措施数据库，实时监测各里程断面监控量测信息，将其与数据库中各指标规定范围对比分析，结合现场实际工程条件与精细化的地质模型，优化相应防治措施，发出施工预警。该方法无需耗费大量人力、物力对现场实际地形进行勘察，具有高效性以及精确性，能极大程度准确还原城市地表建筑物、地形地貌情况，能够对实际地质地质情况进行精准还原，同时制定的多指标分级预警方案能将现场实际与模型相结合，快速、准确、高效地制定相应控制措施，及时控制施工风险。本方法将盾构隧道模型与地质模型结合，形成可视化盾构隧道地质模型，并且可查看盾构隧道任意断面下与地层、地面建筑相对位置关系，方便查看实时隧道施工地质概况及下穿建筑情况，以实时发出警示，并且提出多指标分级预警方案，结合现场监控量测数据与精细化的地质模型，合理制定安全控制措施。
进一步的，步骤1中，所述第一控制点选取现场中地表特征明显的特征点，所述第一控制点的坐标通过全站仪测定。
进一步的，步骤2中的图像处理步骤包括：图片对齐、密集点云建立和纹理生成。
其中，步骤2中具体操作为：
将所述地表图像数据导入软件中，进行图像数据处理，生成点云模型，同时在软件中标定第一控制点，输入测得的第一控制点坐标，对点云模型进行精度优化并使其位于施工坐标系下。
进一步的，步骤3中所述钻孔数据包括：钻孔里程、孔口高程、钻孔坐标、底层名称和层底深度。
进一步的，步骤3包括如下步骤：
步骤3.1，将所述钻孔数据进行筛选整理，提取各岩层的层底深度、岩层信息和钻孔坐标；
步骤3.2，将不同钻孔下的相同岩层坐标导入建模软件中，得到该岩层的第二控制点，然后采用相同方法得到所有岩层的第二控制点。
将钻孔数据进行筛选整理，其具体步骤包括：设定钻孔坐标为坐标X、坐标Y，将钻孔数据中的层底深度的负值设定为坐标Z，并记录岩层名称；提取钻孔数据中的钻孔坐标、各岩层的层底深度和岩层信息等数据。随后将每一岩层信息单独进行统计，输入对应钻孔坐标X、Y。所述岩层坐标的x，y值与钻孔坐标相同，但z值不同。
进一步的，步骤4包括如下步骤：
步骤4.1，选取同一岩层中的第二控制点，利用基于空间插值的曲面拟合方法，模拟建立钻孔点的坐标，并有效拟合岩层面所有控制点，得到该岩层的岩层曲面模型。
步骤4.2，拟合出所有岩层的岩层曲面模型，并最终得到地层模型。
采用这样的方法，本发明通过采集实时航拍数据，建立精细化城市的地表模型。同时根据既有钻孔信息，利用空间插值的方法建立虚拟钻孔点，实现了岩层的精准拟合，使得建立的地表、地层模型更加精细化。
进一步的，步骤6包括如下步骤：
步骤6.1，将隧道中线坐标导入建模软件中，拟合生成曲线，得到盾构隧道掘进曲线；
步骤6.2，将盾构隧道外径轮廓以隧道中线基点为参考导入建模软件中，将其沿隧道中线拉伸，生成盾构隧道模型；
步骤6.3，对盾构隧道模型利用布尔运算进行切割、组合和/或延长的操作，使得地表曲面形成整体，得到盾构隧道模型。
进一步的，所有模型均建立在施工坐标系下。
采用这样的方法，将所有模型置于施工坐标系下，无需对数据进行繁琐的处理。提高了工作效率。
进一步的，步骤7中岩层着色包括如下步骤：改变岩层实体颜色、设置显示模型为半透明模式。
进一步的，步骤8中，对地表曲面利用布尔运算进行切割、组合和/或延长的操作，使得地表曲面形成整体，得到城市的地表模型，生成的城市的地表曲面包括：导入地表模型，嵌面生成地表曲面。
进一步的，步骤10包括如下步骤：
步骤10.1，依据《民用建筑设计通则》，对地表模型建筑物高度进行等级划分，依次分为低、中、高层建筑。同时参照《城镇燃气设计规范》，将地表建筑物密集程度划分为一级、二级、三级、四级建筑物群。
步骤10.2，将盾构沿线周围高层建筑区域、四级建筑物群区域与盾构穿越危险岩层区域结合，划定模型重点控制区域，并节选重点控制区域进行建模。
进一步的，步骤11包括如下步骤：
步骤11.1，沿地质模型横向生成横剖面；
步骤11.2，沿隧道掘进方向移动横剖面，观察不同里程剖面图。
进一步的，步骤12包括如下步骤：观察实时剖面图，判断盾构隧道与高层建筑及危险地层相对位置关系，在隧道即将穿越危险地层或高层建筑时发出预警。
进一步的，步骤13包括如下步骤：
根据《城市轨道交通工程监测技术规范》（GB50911-2013）、《城市轨道交通结构安全保护技术规范》（CJJT 202-2013）可制定地表沉降、管片沉降、建（构）筑物沉降等预警评判指标。
步骤13.2，依据规范允许沉降值范围将施风险分为三级。一级风险时可谨慎进行施工作业；二级风险时则需提高施工警惕性，密切关注各项指标数据。同时，根据发生二级风险对应里程断面，观察地质模型中其地层分布、地表起伏以及周边建筑物等详细信息，综合分析施工风险因素，制定对应预防措施；当任一指标实际监控量测数值达到三级风险级别时，则调取数据库中相应施工风险控制方案，发出施工预警，同时结合现场实际工程环境与地质模型信息，合理选取地层加固区域，优化控制方案。
进一步的，步骤2中的图像处理步骤包括：图片对齐、密集点云生成、网格建立、纹理生成；其中，步骤2中的导入控制点坐标处理步骤包括：模型控制点定位、模型坐标系转换、导入全站仪测定坐标、检验坐标精度、校正坐标点。
本发明的有益效果如下：
1.本发明通过无人机航飞对城市地形地貌数据进行采集，建立精细化地表模型。由于城市地表存在大量建筑物，且城市地形地貌常因市政建设而改变，故传统提取等高线建立地表模型方式无法直接应用于城市的地表模型建立。该方法无需耗费大量人力、物力对现场实际地形进行勘察，具有高效性以及精确性，能极大程度准确还原城市地表建筑物、地形地貌情况。
2.本发明将城市的地表模型与基于勘探钻孔数据的地层模型结合，形成精细化的地质模型，对实际地质地质情况进行精准还原，方便后续设计和施工工作的进行。
3.本发明将盾构隧道模型与地质模型结合，形成可视化盾构隧道地质模型，并且可查看盾构隧道任意断面下与地层、地面建筑相对位置关系，方便查看实时隧道施工地质概况及下穿建筑情况，以实时发出预警，制定相应施工安全控制及措施。
4.本发明制定多指标分级预警方案，对比分析现场监控量测数据与预警方案内容，结合现场工程条件以及精细化的地质模型，发出实时预警。选取合理地层加固区域，优化控制方案。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明中的第二控制点放大图；
图3为本发明中的单个岩层的岩层曲面模型；
图4为本发明中的所有岩层的岩层曲面模型；
图5为本发明中的地层轮廓模型；
图6为本发明中盾构隧道地质模型；
图7为本发明中的地表模型；
图8为本发明中的精细化的地质模型；
图9为本发明中的任意断面盾构隧道地质模型；
图10为本发明中的合理地层加固区域。
具体实施方式
显然，下面所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
如图1-图10所示，本实施例为综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，包括如下步骤：
步骤1，利用无人机在目标区域采集其城市地表图像数据，然后再设定第一控制点；
步骤2，处理步骤1中得到的地表图像数据，将其图像处理生成点云模型，并导入所述第一控制点的坐标；
步骤3，采集所述现场的地质勘探的钻孔数据，然后将钻孔数据导入建模软件，形成相应的第二控制点；
步骤4，对第二控制点进行空间插值，建立不同岩层曲面模型；
步骤5，建立地质轮廓体，采用布尔运算对岩层曲面进行修剪，并利用岩层曲面分割地质轮廓体，生成不同岩层实体，形成岩层轮廓模型；
步骤6，采集整理盾构隧道标准轮廓断面及隧道中线坐标，将标准轮廓断面沿隧道中线拉伸，形成盾构隧道模型；
步骤7，探明对施工安全造成威胁的危险岩层，并将岩层轮廓模型中相应的危险岩层实体着色，以突出显示；
步骤8，将步骤2中地表的点云模型导入建模软件中，生成城市的地表曲面，采用布尔运算按照所述地质轮廓体对所述城市的地表曲面进行操作，得到城市的地表模型；
步骤9，调整所述地层轮廓模型和城市的地表模型的相对位置，并将上述两者与盾构隧道模型相结合，生成精细化的地质模型；
步骤10，生成地质模型横剖面，将横剖面沿隧道掘进方向移动，生成地质模型不同的里程断面模型；
步骤11，根据不同里程断面中的盾构隧道与危险岩层、地表高层建筑关系，发出施工预警；
步骤12，根据施工预警具体内容，结合具体施工风险因素，做出相应预防措施。
无人机采集图像时，选定航飞区域并设定好航线规划。可以快速地得到目标区域的地表图像数据，方便快捷。
采用这样的方法，本发明将城市的地表模型与基于勘探钻孔数据的地层模型结合，形成精细化的地表地质模型，对实际地表地质情况进行精准还原；从而无须调集巨大人力物力来对实际地质情况进行勘探。节约了成本，提升了效率。并且将城市的地表模型、基于勘探数据的地层模型、盾构隧道模型结合，形成精细化的地质模型，，通过实时观察地质模型不同里程断面中盾构隧道与危险地层及高层建筑相对位置关系，实时发出施工预警，及时制定相应施工安全控制措施。该方法无需耗费大量人力、物力对现场实际地形进行勘察，具有高效性以及精确性，能极大程度准确还原城市地表建筑物、地形地貌情况，能够对实际地质地质情况进行精准还原，方便后续设计和施工工作的进行。本方法将盾构隧道模型与地质模型结合，形成可视化盾构隧道地质模型，并且可查看盾构隧道任意断面下与地层、地面建筑相对位置关系，方便查看实时隧道施工地质概况及下穿建筑情况，以实时发出预警，制定相应施工安全控制及措施。
步骤1中，所述第一控制点选取现场中地表特征明显的特征点，所述第一控制点的坐标通过全站仪测定。
步骤2中的图像处理步骤包括：图片对齐、密集点云建立和纹理生成。
其中，步骤2中具体操作为：
将所述地表图像数据导入软件中，进行图像数据处理，生成点云模型，同时在软件中标定第一控制点，输入测得的第一控制点坐标，对点云模型进行精度优化并使其位于施工坐标系下。
步骤3中所述钻孔数据包括：钻孔里程、孔口高程、钻孔坐标、底层名称和层底深度。
步骤3包括如下步骤：
步骤3.1，将所述钻孔数据进行筛选整理，提取各岩层的层底深度、岩层信息和钻孔坐标；
步骤3.2，将不同钻孔下的相同岩层坐标导入建模软件中，得到该岩层的第二控制点，然后采用相同方法得到所有岩层的第二控制点。
将钻孔数据进行筛选整理，其具体步骤包括：设定钻孔坐标为坐标X、坐标Y，将钻孔数据中的层底深度的负值设定为坐标Z，并记录岩层名称；提取钻孔数据中的钻孔坐标、各岩层的层底深度和岩层信息等数据。随后将每一岩层信息单独进行统计，输入对应钻孔坐标X、Y。所述岩层坐标的x，y值与钻孔坐标相同，但z值不同。
步骤4包括如下步骤：
步骤4.1，选取同一岩层中的第二控制点，利用基于空间插值的曲面拟合方法，模拟建立钻孔点的坐标，并有效拟合岩层面所有控制点，得到该岩层的岩层曲面模型。
步骤4.2，拟合出所有岩层的岩层曲面模型，并最终得到地层模型。
采用这样的方法，本发明通过采集实时航拍数据，建立精细化城市的地表模型。同时根据既有钻孔信息，利用空间插值的方法建立虚拟钻孔点，实现了岩层的精准拟合，使得建立的地表、地层模型更加精细化。
步骤6包括如下步骤：
步骤6.1，将隧道中线坐标导入建模软件中，拟合生成曲线，得到盾构隧道掘进曲线；
步骤6.2，将盾构隧道外径轮廓以隧道中线基点为参考导入建模软件中，将其沿隧道中线拉伸，生成盾构隧道模型；
步骤6.3，对盾构隧道模型利用布尔运算进行切割、组合和/或延长的操作，使得地表曲面形成整体，得到盾构隧道模型。
所有模型均建立在施工坐标系下。
采用这样的方法，将所有模型置于施工坐标系下，无需对数据进行繁琐的处理。提高了工作效率。
步骤7中岩层着色包括如下步骤：改变岩层实体颜色、设置显示模型为半透明模式。
步骤8中，对地表曲面利用布尔运算进行切割、组合和/或延长的操作，使得地表曲面形成整体，得到城市的地表模型，生成的城市的地表曲面包括：导入地表模型，嵌面生成地表曲面。
步骤10包括如下步骤：
步骤10.1，沿地质模型横向生成横剖面；
步骤10.2，开启剖面功能，沿隧道掘进方向移动横剖面，观察不同里程剖面图。
步骤11包括如下步骤：观察实时剖面图，判断盾构隧道与高层建筑及危险地层相对位置关系，在隧道即将穿越危险地层或高层建筑时发出预警。
步骤2中的图像处理步骤包括：图片对齐、密集点云生成、网格建立、纹理生成；其中，步骤2中的导入控制点坐标处理步骤包括：模型控制点定位、模型坐标系转换、导入全站仪测定坐标、检验坐标精度、校正坐标点。
所述步骤12中，预防措施包括：对相应地层进行预加固操作。
本发明的有益效果如下：
1.本发明通过无人机航飞对城市地形地貌数据进行采集，建立精细化地表模型。由于城市地表存在大量建筑物，且城市地形地貌常因市政建设而改变，故传统提取等高线建立地表模型方式无法直接应用于城市的地表模型建立。该方法无需耗费大量人力、物力对现场实际地形进行勘察，具有高效性以及精确性，能极大程度准确还原城市地表建筑物、地形地貌情况。
2.本发明将城市的地表模型与基于勘探钻孔数据的地层模型结合，形成精细化的地质模型，对实际地质地质情况进行精准还原，方便后续设计和施工工作的进行。
3.本发明将盾构隧道模型与地质模型结合，形成可视化盾构隧道地质模型，并且可查看盾构隧道任意断面下与地层、地面建筑相对位置关系，方便查看实时隧道施工地质概况及下穿建筑情况，以实时发出预警，制定相应施工安全控制及措施。
4.本发明通过既有钻孔信息，利用空间插值的方法建立虚拟钻孔点，实现岩层的精准拟合，建立精细化地层模型。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，利用无人机在目标区域采集其城市地表图像数据，然后再设定第一控制点；
步骤2，处理步骤1中得到的地表图像数据，将其图像处理生成点云模型，并导入所述第一控制点的坐标；
步骤3，采集现场的地质勘探的钻孔数据，然后将钻孔数据导入建模软件，形成相应的第二控制点；
步骤4，对第二控制点进行空间插值，建立不同岩层曲面模型；
步骤5，建立地质轮廓体，采用布尔运算对岩层曲面进行修剪，并利用岩层曲面分割地质轮廓体，生成不同岩层实体，形成岩层轮廓模型；
步骤6，采集整理盾构隧道标准轮廓断面及隧道中线坐标，将标准轮廓断面沿隧道中线拉伸，形成盾构隧道模型；
步骤7，探明对施工安全造成威胁的危险岩层，并将岩层轮廓模型中相应的危险岩层实体着色，以突出显示；
步骤8，将步骤2中地表的点云模型导入建模软件中，生成城市的地表曲面，采用布尔运算按照所述地质轮廓体对所述城市的地表曲面进行操作，得到城市的地表模型；
步骤9，调整地层轮廓模型和城市的地表模型的相对位置，并将上述两者与盾构隧道模型相结合，生成精细化的地质模型；
步骤10，对地表建筑物高度以及密集程度进行等级评定，结合盾构隧道模型穿越危险岩层区域划分重点控制区域，并着重对重点控制区域节选建模；
步骤11，生成地质模型横剖面，将横剖面沿隧道掘进方向移动，生成地质模型的不同里程断面模型；
步骤12，观察不同里程断面中的盾构隧道与危险岩层、地表高层建筑关系，当盾构即将穿越危险岩层及下穿高层建筑时，发出施工警示；
步骤13，建立多指标分级预警方案以及相应风险控制措施数据库，实时监测各里程断面监控量测信息，针对不同里程断面模型对应风险里程断面，密切监测各指标数据；
步骤14，将现场实测数据与数据库中各指标规定范围对比分析，调取相应施工风险控制方案，发出施工预警；同时结合现场实际工程条件与精细化的地质模型，优化相应防治措施。
2.根据权利要求1所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤3中所述钻孔数据包括：钻孔里程、孔口高程、钻孔坐标、底层名称和层底深度；步骤3包括如下步骤：
步骤3.1，将所述钻孔数据进行筛选整理，提取各岩层的层底深度、岩层信息和钻孔坐标；
步骤3.2，将不同钻孔下的相同岩层坐标导入建模软件中，得到该岩层的第二控制点，然后采用相同方法得到所有岩层的第二控制点。
3.根据权利要求1所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤4包括如下步骤：
步骤4.1，选取同一岩层中的第二控制点，利用基于空间插值的曲面拟合方法，模拟建立虚拟钻孔点的坐标，并有效拟合岩层面所有控制点，得到该岩层的岩层曲面模型；
步骤4.2，拟合出所有岩层的岩层曲面模型，并最终得到岩层模型。
4.根据权利要求1所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤6包括如下步骤：
步骤6.1，将隧道中线坐标导入建模软件中，拟合生成曲线，得到盾构隧道掘进曲线；
步骤6.2，将盾构隧道外径轮廓以隧道中线基点为参考导入建模软件中，将其沿隧道中线拉伸，生成盾构隧道模型；
步骤6.3，对盾构隧道模型利用布尔运算进行切割、组合和/或延长的操作，使得地表曲面形成整体，得到盾构隧道模型。
5.根据权利要求1所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤8中，对地表曲面利用布尔运算进行切割、组合和/或延长的操作，使得地表曲面形成整体，得到城市的地表模型，生成的城市的地表曲面包括：导入地表模型，嵌面生成地表曲面。
6.根据权利要求1所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤10包括如下步骤：
步骤10.1，对地表模型建筑物高度进行等级划分，依次分为低、中、高层建筑；同时，将地表建筑物密集程度划分为一级、二级、三级、四级建筑物群；
步骤10.2，将盾构沿线周围高层建筑区域、四级建筑物群区域与盾构穿越危险岩层区域结合，划定模型重点控制区域，并节选重点控制区域进行建模。
7.根据权利要求1所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤11包括如下步骤：
步骤11.1，沿地质模型横向生成横剖面；
步骤11.2，沿隧道掘进方向移动横剖面，观察不同里程剖面图。
8.根据权利要求1所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤12包括如下步骤：观察实时剖面图，判断盾构隧道与高层建筑及危险地层相对位置关系，在隧道即将穿越危险地层或高层建筑时发出施工风险提醒。
9.根据权利要求1所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤13包括如下步骤：
步骤13.1，依据规范允许沉降值范围将施风险分为三级；一级风险时可谨慎进行施工作业；二级风险时则需提高施工警惕性，密切关注各项指标数据；同时，根据发生二级风险对应里程断面，观察地质模型中其地层分布、地表起伏以及周边建筑物，综合分析施工风险因素，制定对应预防措施。
10.根据权利要求9所述的综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法，其特征在于，步骤13.1中，当任一指标实际监控量测数值达到三级风险级别时，则调取数据库中相应施工风险控制方案，发出施工预警，同时结合现场实际工程环境与地质模型信息，合理选取地层加固区域，优化控制方案。
CN202110907450.9A 2021-08-09 2021-08-09 综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法 Active CN113362469B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110907450.9A CN113362469B (zh) 2021-08-09 2021-08-09 综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110907450.9A CN113362469B (zh) 2021-08-09 2021-08-09 综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113362469A CN113362469A (zh) 2021-09-07
CN113362469B true CN113362469B (zh) 2021-10-08

Family

ID=77540711

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110907450.9A Active CN113362469B (zh) 2021-08-09 2021-08-09 综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113362469B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115358494B (zh) * 2022-10-20 2023-01-06 中电建铁路建设投资集团有限公司 一种地铁盾构下穿施工的危险预警方法
CN115690354B (zh) * 2022-10-27 2023-09-12 中交第三航务工程局有限公司 一种基于三维实景数值分析的浅埋隧道施工动态控制方法
CN116310188B (zh) * 2023-05-19 2023-09-19 中国电子科技南湖研究院 基于实例分割及建筑重构的虚拟城市生成方法及存储介质
CN117236105A (zh) * 2023-08-23 2023-12-15 石家庄铁道大学 城市地下空间施工安全预警方法
CN117703415A (zh) * 2023-11-17 2024-03-15 深圳市特区铁工建设集团有限公司 盾构隧道施工前方隆陷控制方法、系统、终端及存储介质
CN117540937B (zh) * 2024-01-10 2024-03-22 深圳市云图华祥科技有限公司 一种基于bim的中风化膨胀性泥岩盾构隧道施工分析方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102493424A (zh) * 2011-11-24 2012-06-13 广州市地下铁道总公司 城市轨道交通盾构工程预警预测方法
CN104766129A (zh) * 2014-12-31 2015-07-08 华中科技大学 一种基于时空信息融合的地铁盾构施工地表变形的预警方法
CN111102011A (zh) * 2019-12-30 2020-05-05 天津大学 一种盾构隧道管片沉降监测报警系统及监测报警方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9965735B2 (en) * 2014-01-06 2018-05-08 Energica Advisory Services Pvt. Ltd. System and method for it sourcing management and governance covering multi geography, multi sourcing and multi vendor environments
EP3505724B1 (en) * 2017-08-01 2020-08-19 Dalian University Of Technology Method for monitoring vibration and strain of key parts of tunnel boring machine

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102493424A (zh) * 2011-11-24 2012-06-13 广州市地下铁道总公司 城市轨道交通盾构工程预警预测方法
CN104766129A (zh) * 2014-12-31 2015-07-08 华中科技大学 一种基于时空信息融合的地铁盾构施工地表变形的预警方法
CN111102011A (zh) * 2019-12-30 2020-05-05 天津大学 一种盾构隧道管片沉降监测报警系统及监测报警方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
城市地铁盾构施工风险预警研究;颜晓健;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技II辑》;20131231;全文 *
基于BP神经网络的水下岩溶地层盾构掘进参数预测与分析;阳军生等;《土木工程学报》;20201130;第53卷;全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113362469A (zh) 2021-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113362469B (zh) 综合城市建筑信息和地层结构的盾构隧道施工预警方法
Pan et al. A deterministic-stochastic identification and modelling method of discrete fracture networks using laser scanning: Development and case study
CN111927552B (zh) 基于天空地勘察技术的复杂山区长大深埋隧道勘察方法
CN102622526B (zh) 数字矿山中的巷道开掘搜索预测方法
CN102620721B (zh) 一种基于精细数字地面模型的公路测设方法
Burns et al. Protocol for inventory mapping of landslide deposits from light detection and ranging (LiDAR) imagery
CN111191307B (zh) 一种基于bim+gis技术的土方工程虚拟施工方法
CN111428306A (zh) 一种道路精细化设计方法
CN107392348A (zh) 利用bim技术对土石方调配方案进行优化的方法
CN112461205B (zh) 基于无人机倾斜摄影测量的铁路既有线横断面制作方法
Albarelli et al. Identification of potential rockfall sources using UAV-derived point cloud
CN109508508A (zh) 一种露天矿山治理勘查设计方法
CN113806897A (zh) 一种基于三维gis技术的电力工程建设决策优化方法
CN115690354B (zh) 一种基于三维实景数值分析的浅埋隧道施工动态控制方法
KR20230083388A (ko) 도시철도 지하공간의 빔-그리드 유지관리 시스템 및 그 방법
CN111854692A (zh) 一种在道路测设中的无人机影像匹配点云的测量方法
CN114898053A (zh) 基于三维空间影像技术的碎裂松动岩体发育范围圈定方法
Puppala et al. Geotechnical data visualization and modeling of civil infrastructure projects
CN116045902A (zh) 一种用于煤矿开采区域地表的变形监测系统
CN116663762A (zh) 一种城市规划地下空间勘察测绘方法及系统
CN114279398B (zh) 一种基于无人机航测技术的金属矿开采地表沉降监测方法
CN106052553A (zh) 基于三维激光扫描的土建临时工程的设计优化方法及装置
CN107944089A (zh) 一种基于现状视廊的地块限高分析系统及其分析方法
CN115374511B (zh) 一种地铁隧道监测三维控制网仿真设计系统和方法
CN104462649B (zh) 一种矿体块段模型储量的自动更新方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant